作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 钛酸锶中的器件成像和栅诱导超导电性
(一)钛酸锶-EDLT示意图
(二)零磁场下纵向一次谐波电阻Rωxx与温度T的函数关系
施加的电流为0
05 μA，可视为低限流
由电阻转变中点定义的转变温度估计为Tc0 = 0
31 K(黑色箭头)
黑色虚线显示了哈尔佩林-纳尔逊公式的拟合曲线，其中RN = 128欧姆是正常状态电阻(T = 1
0 K)，b = 1
17是无量纲常数，TBKT = 0
18 K是BKT转变温度(白色三角形)
施加的栅极电压VG是5
温度= 260 K时为0伏
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aay9120 在材料科学中，在氧化物表面或界面上实现的二维电子系统是在快速出现的量子领域中获得新的物理性质和功能的有前途的候选者
而2-DES为包括量子霍尔效应和超导性在内的奇异量子事件提供了重要平台，对称性破缺效应；从无序状态到更明确状态的转变，在这样的量子相位上仍然难以捉摸
不可逆电输运或电流方向相关电阻是一种探测反转对称性破坏(存在偶极子)的探针，在几个非中心对称晶体和界面上观察到
在一份新的报告中，Yuki M
日本和美国的应用物理、纳米系统和材料科学科学家团队
S
据报道，在由超导材料钛酸锶制成的二维超导体表面有不可逆输运
研究小组观察到超导波动区域的不可逆区域有巨大的增强——比正常状态大六个数量级
这些结果现在发表在《科学进展》杂志上，展示了二维极性超导体前所未有的特性
极性导体或超导体是量子传输和自旋电子功能的潜在材料平台，具有固有的不可逆传输，反映了时间反转对称性破缺(I
e
打破熵守恒)
最近的实验已经扩展到超导状态，以观察到一个大的不可逆响应，物理学家热衷于研究简单电子系统中超导跃迁周围的不可逆过程
为此，板桥等人
在钛酸锶的原子级平面上设计铬/金电极，在顶部放置离子液体，形成双电层晶体管(EDLT)，实现拉什巴超导体；基于拉什巴效应，在钛酸锶材料表面采用离子选通技术
然后，科学家们使用标准锁定技术测量了一次和二次谐波电子传输，以测量不可逆电荷传输，并量化系统中的时间反转对称性破坏
不可逆输运也是识别库珀对的有效工具，在超导体中，一对电子克服它们通常的排斥，共享一个量子态，实现不可逆的旁导，Itahashi等人
也是为了量化拉什巴超导体
正常态和超导态下门诱导2D钛酸锶的磁输运和超导涨落区不可逆输运的增强
Tc0(正常状态，T = 0)以上的(A)一次和(B)二次谐波磁阻(分别为Rωxx和R2ωxx
47 K，I = 20 μA)作为垂直于(红色)或平行于(蓝色)I的面内磁场B的函数
(A)和(B)中的插图分别显示了ωxx(B)的放大图和测量配置示意图(B和I方向)
Tc0以下(C) Rωxx和(D) R2ωxx(超导涨落区，T = 0
22 K和I = 1 μA)作为垂直于I(红色)或平行于I(蓝色)的面内B的函数
在(A)至(D)中，Rωxx用正常状态电阻RN = 128欧姆归一化，Rωxx/R2ωxx作为B的函数对称化/反对称化
(E)γ= 2r 2ωxxrωxxBI在正常态(I = 20 μA)和超导涨落区(I = 0)的温度依赖性
9 μA)
紫色(正常状态)和橙色(超导涨落区)圆是从0以下低B时R2ωxx的磁场扫描测量中提取的
1 T，而紫色(正常状态)和橙色(超导波动区)点是从R2ωxx在B = 3和0下的温度扫描中绘制的
05 T
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aay9120 科学家们最初详细描述了一次谐波电阻(FHR)，对应于栅极电压为5的超导转变附近的线性电阻
0伏
结果显示了在低电流极限下的温度依赖性(I = 0
05 μA)
然后他们把注意力集中在二次谐波电阻上，并把在钛酸锶表面观察到的不可逆电荷输运归因于超导涨落区和正常状态下的极性对称性
研究小组观察到正常和超导状态下，在垂直于电流的磁场中，栅极诱导的二维钛酸锶中的磁输运——在超导涨落区增强了不可逆输运
为了比较正常态和超导涨落区域之间不可逆的大小，他们计算了不可逆磁电阻系数(γ)，它取决于区域内的温度
该小组随后测量了正常状态和超导波动区域中二次谐波信号对电流的依赖性
在正常状态下，自发性高血压大鼠对电流几乎呈线性依赖关系
在磁场为0的超导波动区
1特斯拉，SHR线性增加，在1 A左右达到最大值并被抑制——表明高电流抑制了超导性
正常和超导涨落区二次谐波磁电阻的电流依赖性
(一)T = 0时的二次谐波磁阻R2ωxx
I = 3 μA(红色)、5 μA(橙色)、10 μA(绿色)、15 μA(蓝色)和20 μA(紫色)下85 K
R2ωxx反对称化为B的函数
(b)从(a)中提取的作为I函数的B = 3 T时的∣∣R2ωxx∣∣
黑色实线表示线性拟合为I的函数
(c)∣∣r2ωxx∣∣在T = 0时的磁场依赖性
I = 0下22 K
05 μA(红色)，0
6 μA(橙色)，1
2 μA(绿色)和1
8 μA(蓝色)
每条曲线垂直移动0
5欧姆，反对称化为B的函数
(d)b = 0时∣∣R2ωxx∣∣的电流依赖性
1 T，其中R2ωxx视为B的线性函数
在低电流区(I ≤ 1 μA)，∣∣R2ωxx∣∣随I线性增加(黑色实线)
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aay9120 为了进一步研究系统中不可逆超导输运的可能来源，科学家们测量了跃迁过程中FHR和SHR的温度依赖性
为了实现这一点，他们注意到了不同温度下的磁场依赖性，并特别观察到超导输运过程中磁场依赖性大大增强
虽然Itahashi等人
施加相对较大的电流和平面内磁场，他们记录了最低温度下的零电阻状态
这个结果暗示了贝伦辛斯基-科斯特利兹-索尔兹跃迁(BKT跃迁)的存在，这个跃迁是以一组诺贝尔奖得主凝聚态物理学家的名字命名的
它描述了凝聚态物理中二维系统的相变，用XY模型来近似，以便理解超导体中物质的不寻常的相位或状态
磁阻的温度依赖性和不可逆输运
T = 0时(A)第一(Rωxx)和(B)第二(rωxx)谐波磁阻的磁场依赖性
16 K(红色)，0
19 K(橙色)，0
22 K(绿色)，0
26 K(蓝色)，0
29 K(紫色)，0
33 K(黑色)和0
分别为37 K(粉色)
在(乙)中，每条曲线垂直移动0
5欧姆
Rωxx/R2ωxx作为B的函数对称化/反对称化
B = 0时(C) Rωxx和(D) γ的温度变化
05 T和I = 0
9 μA
在这个区域，R2ωxx是B和I的线性函数
Rωxx/γ作为B的函数对称化/反对称化
特征结构(T = 0附近的扭结结构
24 K和T = 0左右的峰值结构
17 K)出现在(D)中，据此我们可以确定两个不同起源的不可逆输运区域，即
e
、旁传导区和涡流区
在最低温度下，观察到零电阻状态，此时Rωxx和γ变得可忽略不计
γ在(E)旁导区和(F)涡区的放大
(E)中的黑色虚线表示用γ(T)=γs(1R(T)RN)2拟合曲线，(F)中的黑色虚线表示用γ(T)= C(T TeffBKT)3/2拟合曲线
正常状态电阻RN = 128欧姆定义为T = 1时的电阻xx
0 K
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aay9120 就这样，Yuki M
板桥和他的同事提出了磁场中非中心对称(没有反转对称)二维超导体的不可逆输运
不可逆输运起源于从正常态到超导态的振幅波动
在实验中观察到的不可逆磁电阻系数(γ)的温度依赖性与极性二维超导体中热激励涡旋和反涡旋自由运动的微观理论图像非常一致
因此，不可逆响应是理解非中心对称超导体本质的有力工具
Itahashi等人
我相信在具有极性对称性的界面超导系统中，不可逆输运对于不同的材料可能普遍出现
这些结果提供了关于超导性的未知功能的信息，以及关于非中心对称超导体的电子态和配对机制的重要信息——作为进一步研究的重要课题
这项工作突出了界面超导系统中的不可逆输运，如栅极诱导的二维超导体钛酸锶
研究小组探索了不可逆输运从正常态到超导态的显著跃迁，作为系统中不可逆输运极大增强的直接证据
这一结果为极性超导体提供了重要的见解，并为在二维氧化物界面和超导体中寻找迄今未知的新特性和新功能铺平了道路
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